Search

In the l=3/m=9 Uragan-3M (U-3M) torsatron a hydrogen plasma is produced and heated by RF fields in the Alfvén range of frequencies (ω≤ωci). Peripheral plasma is investigated using two moveable Langmuir probes. Spatial distributions of plasma parameters, Vf, Te and ne in two operating regimes and in three cross-sections are measured. Link between confinement volume and transition layer is shown. RF electric antenna field influence on the probes is discussed. В торсатроне Ураган-3М (У-3М) водородная плазма создается и нагревается ВЧ-полями в области альфвеновских частот (ω≤ωci). Периферийная плазма исследована с помощью двух подвижных ленгмюровских зондов. Пространственные распределения параметров плазмы (Vf, Te и ne) были измерены в двух режимах работы установки в трех полоидальных сечениях. Показано существование связи между областью удержания и переходным слоем. Обсуждается влияние ВЧ-электрического поля антенны на зонд. У торсатроні Ураган-3М (У-3М) воднева плазма створюється та нагрівається ВЧ-полями в області альфвенівських частот (ω≤ωci). Периферійна плазма досліджена за допомогою двох рухомих ленгмюровських зондів. Просторові розподіли параметрів плазми (Vf, Te та ne) були виміряні в двох режимах роботи установки в трьох полоїдальних перерізах. Показано існування зв'язку між областю утримання та перехідним шаром. Обговорюється вплив ВЧ-електричного поля антени на зонд.

Deficient shot-to-shot stability of Uragan-3M discharges makes difficult to reproduce experimental results over the period of experimental session. An efficient way of reducing difference between shots is creation of initial low density plasma before the main discharge to start up. A RF pre-ionization in the same frequency range as that of the main discharge is used in the Uragan-3M torsatron. The pre-ionization provides stable discharges during the whole experimental campaign. The main parameters of the pre-ionization plasma are measured and discussed. Нестабильность разрядов Урагана-3М затрудняет воспроизведение экспериментальных результатов в течение одной экспериментальной кампании. Эффективным способом устранения различия между параметрами плазмы в разных импульсах является предионизация ВЧ-разрядной низкоплотной плазмой, которая создается малой рамочной антенной. Предионизация обеспечивает стабильность разрядов в течение всей экспериментальной кампании. Были измерены и оценены основные параметры предионизационной плазмы. Нестабільність розрядів Урагана-3М утрудняє відтворення експериментальних результатів на протязі однієї експериментальної кампанії. Ефективним способом усунення різниці між параметрами плазми в різних імпульсах є передіонізація ВЧ-розрядною низькощільною плазмою, яка створюється малою рамковою антеною. Передіонизація забезпечує стабільність розрядів на протязі всієї експериментальної кампанії. Були виміряні й оцінені основні параметри передіонізаційної плазми.

A double frame antenna with a broad spectrum of parallel wavenumbers (with respect to the magnetic field) is used for radio-frequency (RF) plasma production in Uragan-3M stellarator type device. The delay between the start of RF pulse and the discharge development (breakdown (delay) time) is analyzed as functions of the magnetic field strength, neutral gas pressure and anode voltage of the RF generator. The reproducibility of the RF discharges is improved by the pre-ionization by the pulse of the three-half-turn antenna preceding the main RF pulse. The pre-ionization also results in shortening of the breakdown time for the frame antenna. The Langmuir probe measurements are made with two probes located at the plasma edge near and far from the double frame antenna. The measurements give rather high edge electron temperature, about 100 eV, at the initial stage of the frame antenna discharge both near and far from the antenna. The information on the plasma build-up is also given by the Hα chord measurements. Рамочная антенна с широким спектром параллельных волновых чисел (по отношению к магнитному полю) используется для высокочастотного (ВЧ) создания плазмы в установке стеллараторного типа УРАГАН-3М. Задержка между началом ВЧ-импульса и моментом развития разряда (время (задержки) пробоя) анализируется как функции величины магнитного поля, давления нейтрального газа и анодного напряжения ВЧ-генератора. Воспроизводимость ВЧ-разрядов повышается за счёт предварительной ионизации с помощью трёхполувитковой антенны, которая запускается перед основным ВЧ-импульсом. Предварительная ионизация также приводит к уменьшению времени пробоя. Измерения температуры и плотности плазмы выполнены двумя Ленгмюровскими зондами, расположенными на краю плазмы вблизи и вдали от рамочной антенны. Измерения дают достаточно высокую температуру электронов, около 100 эВ, на начальном этапе разряда как вблизи, так и вдали от антенны. Информация о создании плазмы также дают хордовые измерения линии Hα. Рамкова антена з широким спектром паралельних хвильових чисел (по відношенню до магнітного поля) використовується для високочастотного (ВЧ) створення плазми в установці стелараторного типу УРАГАН-3М. Затримка між початком ВЧ-імпульсу і моментом розвитку розряду (час (затримки) пробою) аналізується як функції величини магнітного поля, тиску нейтрального газу і анодної напруги ВЧ-генератора. Відтворюваність ВЧ-розрядів підвищується за рахунок попередньої іонізації за допомогою тринапіввиткової антени, яка запускається перед основним ВЧ-імпульсом. Попередня іонізація також призводить до зменшення часу пробою. Вимірювання температури і густини плазми виконані двома Ленгмюрівськими зондами, розташованими на краю плазми поблизу і на віддаленні від рамкової антени. Вимірювання дають досить високу температуру електронів, близько 100 еВ, на початковому етапі розряду як поблизу, так і на віддаленні від антени. Інформацію про створення плазми також дають хордові вимірювання лінії Hα.

Unshielded THT antenna is successfully used: (i) for heating of plasma prepared by the frame antenna pulse, (ii) for making an initial plasma with low density ~10¹⁰ cm⁻³ for further frame antenna operation, (iii) for independent generation and heating plasma at low magnetic fields B₀

A variant of the B4C movable biased pumped limiter for the Uragan-2M torsatron is described. Some results of experiments with the limiter moved from the vacuum chamber wall to the central region of the plasma column in the work mode of Uragan-2M operation are reported. The effect of limiter-plasma interaction on parameters of the RF plasma discharges is discussed.

Experiments were carried out at Uragan-2M torsaron for wall conditioning without magnetic field. Plasma discharge was created with the same antenna and VHF generator used for weak magnetic field (B0=100 G) wall conditioning. Experiment was carried out during whole wall conditioning period of Uragan-2M experimental campaign. The dynamics of wall conditioning was obtained alongside with standard plasma parameters measurements. На торсатроне Ураган-2М был выполнен модельный эксперимент по чистке стенок вакуумной камеры без магнитного поля. Плазменный разряд создавался той же антенной и СВЧ-генератором, которые использовались для чистки в слабом магнитном поле (B0=100 Гс). Эксперимент проводился на протяжении всего периода чистки во время экспериментальной кампании Урагана-2М. Динамика чистки стенок была получена вместе со стандартными измеряемыми параметрами плазмы. На торсатроні Ураган-2М було проведено модельний експеримент із чистки стінок вакуумної камери без магнітного поля. Плазмовий розряд створювався тією самою антеною та НВЧ-генератором, що використовуються для чистки в слабкому магнітному полі (B0=100 Гс). Експеримент проводився впродовж всього періоду чистки пiд час експериментальної кампанії Урагана-2М. Динаміка чистки стінок була отримана разом із стандартними вимірюваними параметрами плазми.

Uragan-3M device vacuum chamber is a cylinder with volume of 70 m³. Between the operation series, it is opened to the atmosphere for scientific and technical works. The problem of high water vapour concentration in the residual gas appears each time the chamber is closed and pumped. Effective water vapour removal can be achieved by baking the vacuum chamber walls at high temperatures (200…400°C) or increasing atomic hydrogen flow produced by the wall conditioning discharge in the plasma confining volume, as far as Н₂О detachment speed should be higher than adhesion. It's not technically possible to heat Uragan-3M device vacuum chamber. Room temperature of the vacuum chamber walls is not an obstacle for an UHF discharge with high enough plasma density (8∙10¹⁰ cm⁻³). Вакуумная камера установки Ураган-3М представляет собой цилиндр из нержавеющей стали объемом ~70 м³. Периодически вакуумная камера вскрывается для напуска атмосферного давления с целью проведения научных и технических работ. После ее закрытия и откачки до высокого вакуума, появляется проблема, связанная с высокой концентрацией воды в остаточном газе. Для эффективного удаления паров воды обычно используется прогрев стенок камеры при температуре 200…400°С. Альтернативой является поддержание плазменного разряда в водороде, обеспечивающего поток атомарного водорода на стенку. На установке Ураган-3М прогрев камеры технически не возможен, поэтому использовался плазменный СВЧ-разряд с достаточной величиной плотности плазмы (8∙10¹⁰ см⁻³). Вакуумна камера установки Ураган-3М являє собою циліндр з нержавіючої сталі об'ємом ~70 м³. Періодично вакуумна камера відкривається для напуску атмосферного тиску для проведення наукових і технічних робіт. Після її закриття та відкачування з'являється проблема, пов'язана з високою концентрацією води в залишковому газі. Для ефективного видалення парів води необхідно підтримувати стінки камери при високій температурі (200…400°С). Альтернативою є підтримка плазмового розряду у водні, що забезпечує потік атомарного водню на стінку. На установці Ураган-3М прогрів камери технічно не можливий, тому кімнатну температуру стінок камери доводиться компенсувати достатньою величиною щільності плазми (8∙10¹⁰ см⁻³) НВЧ-розряду.

There were carried out qualitative studies of the effect of plasma parameters during the RF disharge wall conditioning in a helium atmosphere on the quality factor of the antenna oscillating circuit at Uragan-2M torsatron. The quality factor is determined from the ratio of the electric current in the circuit to the feed current. The dependence of the quality factor of the toroidal steady magnetic field as well as on the helical field is analyzed. The dependence on the helical field is much stronger; with its increase the quality factor increases that is accompanied with reduction of the antenna load. Also, the ratio of idling current in the antenna (when the plasma even less) to the current in the antenna is measured during the discharge. The dependence of this parameter on the toroidal magnetic field and the neutral gas pressure is studied. Проведены качественные исследования влияния плазмы в режиме ВЧ-чистки в атмосфере гелия на добротность антенного колебательного контура в торсатроне Ураган-2М. Добротность определялась из отношенния тока в контуре к току подводящего фидера Q=Ik/If. Проанализирована зависимость добротности как от тороидального поля, так и от винтового. Зависимость от винтового поля значительно сильнее, с его ростом добротность увеличивается, что соответствует снижению нагрузки антенны. Также измерялся параметр Iaxx/IaL, т.е. отношение тока в антенне в момент холостого хода генератора (когда плазмы еще нет) к току в антенне в момент разряда. Приведены зависимости этого параметра от тороидального поля и от давления. Проведені якісні дослідження впливу плазми в режимі ВЧ-чистки в атмосфері гелію на добротність антенного коливального контуру в торсатроні Ураган-2М. Добротність визначалась з відношення струму в контурі до струму підвідного фідера Q=Ik / If. Показана залежність добротності як від тороїдального, так і від гвинтового полів. Залежність від гвинтового поля значно сильніше, з ростом поля добротність збільшується, що відповідає зниженню навантаження антени. Вимірювався також параметр Iaxx / IaL, тобто відношення струму в антені в момент холостого ходу генератора (коли плазми ще немає) до струму в антені в момент розряду. Виявлено також залежності цього параметру від тороїдального поля та від тиску.